import java.util.Stack;

public class MySort {
    // 1. 直接插入排序
    public static void insertSort(int[] array) {
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - 1;
            for (; j >= 0; j--) {
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j + 1] = array[j];
                } else {
                    break;
                }
            }
            array[j + 1] = tmp;
        }
    }

    // 2. 希尔排序
    public static void shellSort(int[] array) {
        int gap = array.length;
        while (gap > 0) {
            gap /= 2;
            shell(array, gap);
        }
    }

    private static void shell(int[] array, int gap) {
        for (int i = gap; i < array.length; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - gap;
            for (; j >= 0 ; j -= gap) {
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j + gap] = array[j];
                } else {
                    break;
                }
            }
            array[j + gap] = tmp;
        }
    }

    // 3. 选择排序
    // 方式一
    public static void selectSort1(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            int minIndex = i;
            for (int j = i + 1; j < array.length; j++) {
                if (array[j] < array[minIndex]) {
                    minIndex = j;
                }
            }
            swap(array, i, minIndex);
        }
    }

    private static void swap(int[] array, int i, int minIndex) {
        int tmp = array[i];
        array[i] = array[minIndex];
        array[minIndex] = tmp;
    }

    // 方式二
    public static void selectSort2(int[] array) {
        int left = 0;
        int right = array.length - 1;
        while (left < right) {
            int minIndex = left;
            int maxIndex = left;
            for (int i = left + 1; i <= right; i++) {
                if (array[i] < array[minIndex]) {
                    minIndex = i;
                }
                if (array[i] > array[maxIndex]) {
                    maxIndex = i;
                }
            }
            swap(array, left, minIndex);
            // 第一个数据是最大值
            if (left == maxIndex) {
                maxIndex = minIndex;
            }
            swap(array, right, maxIndex);
            left++;
            right--;
        }
    }

    // 4. 堆排序
    public static void heapSort(int[] array) {
        // 创建大根堆
        creatHeap(array);
        int end = array.length - 1;
        while (end > 0) {
            // 交换
            swap(array, 0, end);
            // 向下调整
            siftDown(array, 0, end);
            end--;
        }
    }

    private static void creatHeap(int[] array) {
        for (int parent = (array.length - 1 - 1) / 2; parent >= 0; parent--) {
            // 向下调整
            siftDown(array, parent, array.length);
        }
    }

    private static void siftDown(int[] array, int parent, int len) {
        int child = 2 * parent + 1;
        while (child < len) {
            // 找到左右孩子的最大值
            if (child + 1 < len && array[child] < array[child + 1]){
                child++;
            }

            if (array[child] > array[parent]) {
                swap(array, child, parent);
                parent = child;
                child = 2 * parent + 1;
            } else {
                break;
            }
        }
    }

    // 5. 冒泡排序
    public static void bubbleSort(int[] array) {
        // i 代表的是趟数
        for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {
            // 优化
            boolean flg = false;
            for (int j = 0; j < array.length - 1 - i; j++) {
                if (array[j] > array[j + 1]) {
                    swap(array, j, j + 1);
                    flg = true;
                }
            }
            // 如果flg == false，说明没有进入if语句，表示数组已经有序了，无需再排序，直接break即可
            if (!flg) {
                break;
            }
        }
    }

//    // 6. 快速排序
//    // hoare 版
//    public static void quickSort(int[] array) {
//        quick(array, 0, array.length - 1);
//    }
//
//    private static void quick(int[] array, int left, int right) {
//        if (left >= right) {
//            return;
//        }
//         // 划分
//        int par = partition(array, left, right);
//        quick(array, left, par - 1);
//        quick(array, par + 1, right);
//    }
//
//    private static int partition1(int[] array, int start, int end) {
//        int i = start;
//        int pivot = array[start];
//        while (start < end) {
//            while (start < end && array[end] >= pivot) {
//                end--;
//            }
//            while (start < end && array[start] <= pivot) {
//                start++;
//            }
//            swap(array, start, end);
//        }
//        // start == end
//        swap(array, i, start);
//        return start;
//    }


    // hoare 法优化
    // 三数取中法找到划分基准
    public static void quickSort(int[] array) {
        quick(array, 0, array.length - 1);
    }

    private static void quick(int[] array, int left, int right) {
        if (left >= right) {
            return;
        }
        // 优化二
        // 当节点数小于某一个阈值，没有必要进行递归，直接使用插入排序效率更高，因为所有排序都是越排越有序的！
        if (right - left + 1 < 7) {
            insertSort1(array, left, right);
            return;
        }
        // 优化一
        int index = midThreeNum(array, left, right);
        swap(array, left, index);
        // 划分
        int par = partition(array, left, right);
        quick(array, left, par - 1);
        quick(array, par + 1, right);
    }

    // 找到三个数，分别是start、end、mid下标对应的值，找到三个数的中位数作为划分基准
    private static int midThreeNum(int[] array, int start, int end) {
        int mid = (start + end) / 2;
        // 3 < 5  start == 3  end == 5   x == mid
        if (array[start] < array[end]) {
            if (array[mid] < array[start]) {
                // x < 3 < 5
                return start;
            } else if (array[mid] > array[end]) {
                // 3 < 5 < x
                return end;
            } else {
                // 3 < x < 5
                return mid;
            }
        } else {
            // 5 > 3  start == 5  end == 3  x == mid
            if (array[mid] > array[start]) {
                // x > 5 > 3
                return start;
            } else if (array[mid] < array[end]) {
                // 5 > 3 > x
                return end;
            } else {
                // 5 > x > 3
                return mid;
            }
        }
    }

    // 直接插入排序
    public static void insertSort1(int[] array, int start, int end) {
        for (int i = start + 1; i <= end; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - 1;
            for (; j >= start; j--) {
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j + 1] = array[j];
                } else {
                    break;
                }
            }
            array[j + 1] = tmp;
        }
    }

    private static int partition(int[] array, int start, int end) {
        int i = start;
        int pivot = array[start];
        while (start < end) {
            while (start < end && array[end] >= pivot) {
                end--;
            }
            while (start < end && array[start] <= pivot) {
                start++;
            }
            swap(array, start, end);
        }
        // start == end
        swap(array, i, start);
        return start;
    }

    // 快速排序的非递归写法
    public static void quicksort2(int[] array) {
        int left = 0;
        int right = array.length - 1;
        // 找到一个基准值
        int par = partition(array, left, right);
        Stack<Integer> stack = new Stack<>();
        // 判断一下par左边是否只有一个元素了，如果只有一个元素则没必要继续排序了，否则将入栈
        if (par > left + 1) {
            stack.push(left);
            stack.push(par - 1);
        }
        if (par < right - 1) {
            stack.push(par + 1);
            stack.push(right);
        }
        while (!stack.isEmpty()) {
            right = stack.pop();
            left = stack.pop();
            par = partition(array, left, right);
            if (par > left + 1) {
                stack.push(left);
                stack.push(par - 1);
            }
            if (par < right - 1) {
                stack.push(par + 1);
                stack.push(right);
            }
        }
    }


//    // 挖坑法
//    private static int partition2(int[] array, int start, int end) {
//        int pivot = array[start];
//        while (start < end) {
//            while (start < end && array[end] >= pivot) {
//                end--;
//            }
//            array[start] = array[end];
//            while (start < end && array[start] <= pivot) {
//                start++;
//            }
//            array[end] = array[start];
//        }
//        array[start] = pivot;
//        return start;
//    }


    // 7. 归并排序
    public static void mergeSort(int[] array) {
        mergeSortFunc(array, 0, array.length - 1);
    }

    private static void mergeSortFunc(int[] array, int left, int right) {
        if (left == right) {
            return;
        }
        int mid = (left + right) / 2;
        // 分解
        mergeSortFunc(array, left, mid);
        mergeSortFunc(array, mid + 1, right);
        
        // 合并
        merge(array, left, right, mid);
    }

    private static void merge(int[] array, int left, int right, int mid) {
        int start1 = left;
        int end1 = mid;
        int start2 = mid + 1;
        int end2 = right;
        int[] tmpArr = new int[right - left + 1];
        int k = 0;
        // 此时2个数组都至少有一个数据
        while (start1 <= end1 && start2 <= end2) {
            if (array[start1] <= array[start2]) {
                tmpArr[k++] = array[start1++];
            } else {
                tmpArr[k++] = array[start2++];
            }
        }
        // 一个数组被遍历完
        while (start1 <= end1) {
            tmpArr[k++] = array[start1++];
        }
        while (start2 <= end2) {
            tmpArr[k++] = array[start2++];
        }
        // 保证tmpArr当中的元素是有序的
        for (int i = 0; i < tmpArr.length; i++) {
            array[i + left] = tmpArr[i];
        }
    }


}
